CN116569475A - 永磁同步电机的控制方法、装置及永磁同步电机控制系统 - Google Patents

永磁同步电机的控制方法、装置及永磁同步电机控制系统 Download PDF

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CN116569475A CN202180081664.3A CN202180081664A CN116569475A CN 116569475 A CN116569475 A CN 116569475A CN 202180081664 A CN202180081664 A CN 202180081664A CN 116569475 A CN116569475 A CN 116569475A
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Abstract

本申请提供一种永磁同步电机的控制方法、装置及永磁同步电机控制系统。该方法包括：获取当前时刻永磁同步电机控制回路中的d轴电流id和q轴电流iq；获取当前时刻永磁同步电机控制回路中的d轴电流id中的五次谐波电流id5th和七次谐波电流id7th，及当前时刻所述永磁同步电机回路中的q轴电流iq中的五次谐波电流iq5th和七次谐波电流iq7th；确定每个开关状态下一时刻的d轴电流基于第一电流第二电流每个开关状态的第二电压，确定每个开关状态下一时刻的q轴电流基于每个开关状态下一时刻的d轴电流每个开关状态下一时刻的q轴电流确定永磁同步电机的控制策略。通过上述方式取消了原有的PI控制器，避免了复杂的PI参数调节。

Description

永磁同步电机的控制方法、装置及永磁同步电机控制系统 技术领域
本申请涉及电机控制技术领域，具体而言，涉及一种永磁同步电机的控制方法、装置及永磁同步电机控制系统。
背景技术
永磁同步电机作为一种高性能的驱动电机和发电机，目前被广泛用于新能源电动车、风力发电和船舶涡轮推动等领域之中。因凸极结构而更容易实现有效利用磁阻转矩的内置式永磁同步电机更加适合于当前电动汽车的应用。
但是在永磁同步电机(如内置式永磁同步电机)的控制过程中总是存在一定的转矩脉动，其严重影响了电机在高精度控制要求场合的使用。转矩脉动产生的原因一部分来源于因死区时间和逆变器非线性的特点所带来的谐波转矩。这些谐波分量与基波电流分量混合在一起，不仅使得永磁同步电机产生更大的铁损、铜损，严重影响正常的驱动控制效率，还增加了电流超调失控的可能性，带来安全隐患的问题，并由此制约了永磁同步电机的应用范围。
为了消除谐波转矩，首先需要提取出电机运行过程中的谐波电流成分，然而目前的谐波电流抑制方式需要大量的PI(Proportional Integral，比例积分)控制器参与，整个抑制过程需要复杂的PI参数调节。由于集成了大量的PI控制器，也使得整个控制系统的复杂度较高。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种永磁同步电机的控制方法、装置及永磁同步电机控制系统，以简化控制系统的复杂度，避免了大量的PI控制器带来的复杂调参过程。
本发明是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种永磁同步电机的控制方法，包括：获取当前时刻永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d和q轴电流i q；获取当前时刻所述永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d中的五次谐波电流i d5th和七次谐波电流i d7th，及当前时刻所述永磁同步电机回路中的q轴电流i q中的五次谐波电流i q5th和七次谐波电流i q7th；基于所述五次谐波电流i d5th、所述七次谐波电流i d7th、所述五次谐波电流i q5th和所述七次谐波电流i q7th，计算四个谐波电压；其中，所述四个谐波电压包括d轴五次谐波电压u d5th、q轴 五次谐波电压u q5th、d轴七次谐波电压u d7th和q轴七次谐波电压u q7th；将所述d轴电流i d减去所述五次谐波电流i d5th和所述七次谐波电流i d7th得到d轴上的第一电流 将所述q轴电流i q减去所述五次谐波电流i q5th和所述七次谐波电流i q7th得到q轴上的第二电流 将逆变器的每个开关状态对应的d轴电压减去所述d轴五次谐波电压u d5th和所述d轴七次谐波电压u d7th，得到每个所述开关状态d轴上的第一电压；将所述逆变器的每个开关状态对应的q轴电压减去所述q轴五次谐波电压u q5th和所述q轴七次谐波电压u q7th，得到每个所述开关状态q轴上的第二电压；基于所述第一电流 所述第二电流 每个所述开关状态的第一电压，确定每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 基于所述第一电流 所述第二电流 每个所述开关状态的第二电压，确定每个所述开关状态下一时刻的q轴电流 基于每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 每个所述开关状态下一时刻的q轴电流 确定所述永磁同步电机的控制策略。
本申请实施例中所提供的永磁同步电机的控制方法以模型预测控制算法为基础，通过当前时刻剔除谐波成分的d轴电流和q轴电流，来预测每个开关状态下一时刻对应的d轴电流和q轴电流，进而根据预测结果来确定出永磁同步电机的控制策略。与现有的谐波电流抑制方式相比，通过模型预测控制算法取消了原有的PI控制器，避免了复杂的PI参数调节，且简化了系统的结构，抑制谐波电流的效果更好。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述获取当前时刻所述永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d中的五次谐波电流i d5th和七次谐波电流i d7th，及当前时刻所述永磁同步电机回路中的q轴电流i q中的五次谐波电流i q5th和七次谐波电流i q7th，包括：获取当前时刻所述永磁同步电机控制回路中的三相电流；基于坐标变化算法及五次谐波的相位角，将所述三相电流转换为五次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；通过滤波器对所述五次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流进行滤波，得到所述五次谐波电流i d5th和所述五次谐波电流i q5th；基于所述坐标变化算法及七次谐波的相位角，将所述三相电流转换为七次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；通过滤波器对所述七次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流进行滤波，得到所述七次谐波电流和所述七次谐波电流。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述d轴五次谐波电压u d5th的计算公式为：u d5th＝5w eL qi q5th+R si d5th；所述q轴五次谐波电压u q5th的计算公式为：u q5th＝-5w eL di d5th+R si q5th；所述d轴七次谐波电压u d7th的计算公式为：u d7th＝-7w eL qi q7th+R si d7th；所述q轴七次谐波电压u q7th 的计算公式为：u q7th＝7w eL di d7th+R si q7th；其中，w e表示电角速度；R s表示定子电阻；L d表示d轴电感参数，L q表示q轴电感参数。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述基于每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 每个所述开关状态下一时刻的q轴电流 确定所述永磁同步电机的控制策略，包括：基于MTPA和弱磁控制的转矩电流分配策略，获取d轴基准电流 和q轴基准电流 基于每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 每个所述开关状态下一时刻的q轴电流 所述d轴基准电流 及所述q轴基准电流 计算每个所述开关状态对应的成本函数；其中，所述成本函数最低的开关状态为所述永磁同步电机的控制策略。
本申请实施例所提供的永磁同步电机的控制方法采用有限集的思想，基于逆变器的开关状态的电压矢量来计算每个开关状态所对应的成本函数，并基于成本函数确定出最优开关状态。通过该方式取缔了矢量控制中的调制解调器，进一步简化了系统的控制结构，且通过直接输出最优开关矢量，提高了系统的动态响应。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述逆变器为两电平逆变器，所述两电平逆变器包括八个开关状态。
第二方面，本申请实施例提供一种永磁同步电机的控制装置，包括：第一获取模块，用于获取当前时刻永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d和q轴电流i q；第二获取模块，用于获取当前时刻所述永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d中的五次谐波电流i d5th和七次谐波电流i d7th，及当前时刻所述永磁同步电机回路中的q轴电流i q中的五次谐波电流i q5th和七次谐波电流i q7th；第一计算模块，用于基于所述五次谐波电流i d5th、所述七次谐波电流i d7th、所述五次谐波电流i q5th和所述七次谐波电流i q7th，计算四个谐波电压；其中，所述四个谐波电压包括d轴五次谐波电压u d5th、q轴五次谐波电压u q5th、d轴七次谐波电压u d7th和q轴七次谐波电压u q7th；第二计算模块，用于将所述d轴电流i d减去所述五次谐波电流i d5th和所述七次谐波电流i d7th得到d轴上的第一电流 将所述q轴电流i q减去所述五次谐波电流i q5th和所述七次谐波电流i q7th得到q轴上的第二电流 第三计算模块，用于将逆变器的每个开关状态对应的d轴电压减去所述d轴五次谐波电压u d5th和所述d轴七次谐波电压u d7th，得到每个所述开关状态d轴上的第一电压；将所述逆变器的每个开关状态对应的q轴电压减去所述q轴五次谐波电压u q5th和所述q轴七次谐波电压u q7th，得到每个所述开关状态q轴上的第二电压；第四计算模块，用于基于所述第一电流 所述第二电流 每个所述开关 状态的第一电压，确定每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 基于所述第一电流 所述第二电流 每个所述开关状态的第二电压，确定每个所述开关状态下一时刻的q轴电流 确定模块，用于基于每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 每个所述开关状态下一时刻的q轴电流 确定所述永磁同步电机的控制策略。
结合上述第二方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述第二获取模块具体用于获取当前时刻所述永磁同步电机控制回路中的三相电流；基于坐标变化算法及五次谐波的相位角，将所述三相电流转换为五次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；通过滤波器对所述五次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流进行滤波，得到所述五次谐波电流i d5th和所述五次谐波电流i q5th；基于所述坐标变化算法及七次谐波的相位角，将所述三相电流转换为七次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；通过滤波器对所述七次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流进行滤波，得到所述七次谐波电流i d7th和所述七次谐波电流i q7th。
结合上述第二方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述d轴五次谐波电压u d5th的计算公式为：u d5th＝5w eL qi q5th+R si d5th；所述q轴五次谐波电压u q5th的计算公式为：u q5th＝-5w eL di d5th+R si q5th；所述d轴七次谐波电压u d7th的计算公式为：u d7th＝-7w eL qi q7th+R si d7th；所述q轴七次谐波电压u q7th的计算公式为：u q7th＝7w eL di d7th+R si q7th；其中，w e表示电角速度；R s表示定子电阻；L d表示d轴电感参数，L q表示q轴电感参数。
结合上述第二方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述确定模块具体用于基于MTPA和弱磁控制的转矩电流分配策略，获取d轴基准电流 和q轴基准电流 基于每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 每个所述开关状态下一时刻的q轴电流 所述d轴基准电流 及所述q轴基准电流 计算每个所述开关状态对应的成本函数；其中，所述成本函数最低的开关状态为永磁同步电机的控制策略。
第三方面，本申请实施例提供一种永磁同步电机控制系统，包括：电机控制器、永磁同步电机和逆变器；所述电机控制器分别与所述永磁同步电机和所述逆变器连接；所述永磁同步电机还与所述逆变器连接；所述电机控制器用于执行如上述第一方面实施例和/或结合上述第一方面实施例的一些可能的实现方式提供的方法。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上述第一方面实施例和/或结合上述第一方面实施例的一些可能的实现方式提供的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种永磁同步电机控制系统的模块框图。
图2为本申请实施例提供的一种永磁同步电机控制方法的步骤流程图。
图3为本申请实施例提供的一种永磁同步电机控制系统的控制框图。
图4为本申请实施例提供的一种永磁同步电机控制装置的模块框图。
图标：100-永磁同步电机控制系统；10-电机控制器；20-永磁同步电机；30-逆变器；200-永磁同步电机的控制装置；201-第一获取模块；202-第二获取模块；203-第一计算模块；204-第二计算模块；205-第三计算模块；206-第四计算模块；207-确定模块。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
请参阅图1，本申请实施例提供一种永磁同步电机控制系统100，包括：电机控制器10、永磁同步电机20和逆变器30。
电机控制器10分别与永磁同步电机20和逆变器30连接。永磁同步电机20还与逆变器30连接。
需要说明的是，逆变器30是把直流电能转变成定频定压或调频调压交流电的转换器，电机控制器10可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。电机控制器10也可以是通用处理器，例如，数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、分立门或晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。此外，通用处理器可以是微处理器或者任何常规处理器等。
于本申请实施例中，电机控制器10通过控制逆变器30来实现对永磁同步电机20的控制。
请参阅图2，图2为本申请实施例提供的永磁同步电机控制方法的步骤流程图，该方法应用于如图1所示出的永磁同步电机控制系统100中 的电机控制器10。需要说明的是，本申请实施例提供的永磁同步电机控制方法不以图2及以下所示的顺序为限制，该方法包括：步骤S101-步骤S107。
步骤S101：获取当前时刻永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d和q轴电流i q。
当电机控制器与永磁同步电机直接连接时，电机控制器用于获取当前时刻永磁同步电机控制回路中的三相电流，然后基于坐标转换算法进行电流转换，以得到当前时刻永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d和q轴电流i q。
上述的坐标转换算法用于将三相电流转换为dq电流。由于此类坐标转换算法已为本领域所熟知，本申请不作过多说明。
此外，上述的转换过程可以由单独的控制芯片进行转换。比如在永磁同步电机控制系统中增设一个控制芯片，其连接于电机控制器与永磁同步电机之间。控制芯片用于获取当前时刻永磁同步电机控制回路中的三相电流，然后基于坐标转换算法进行电流转换，以得到当前时刻永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d和q轴电流i q。控制芯片再将当前时刻永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d和q轴电流i q传输至电机控制器，以使电机控制器获取到当前时刻永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d和q轴电流i q。
步骤S102：获取当前时刻永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d中的五次谐波电流i d5th和七次谐波电流i d7th，及当前时刻永磁同步电机回路中的q轴电流i q中的五次谐波电流i q5th和七次谐波电流i q7th。
由于永磁同步电机中存在的谐波电流主要以五次和七次为主，因此，需要提取出当前时刻永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d中的五次谐波电流i d5th和七次谐波电流i d7th，及当前时刻永磁同步电机回路中的q轴电流i q中的五次谐波电流i q5th和七次谐波电流i q7th。
具体的，该步骤包括：获取当前时刻永磁同步电机控制回路中的三相电流；基于坐标变化算法及五次谐波的相位角，将三相电流转换为五次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；然后通过滤波器对五次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流进行滤波，得到五次谐波电流i d5th和五次谐波电流i q5th；再基于坐标变化算法及七次谐波的相位角，将三相电流转换为七次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；通过滤波器对七次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流进行滤波，得到七次谐波电流i d7th和七次谐波电流i q7th。
需要说明的是，从d轴和q轴提取的谐波电流分别是五次、七次旋转坐标系下的电流。如从d轴电流中提取的五次谐波电流和从q轴电流中提取的五次谐波电流均为五次旋转坐标系下的电流，从d轴电流提取的七 次谐波电流和q轴电流提取的七次谐波电流均为七次旋转坐标系下的电流。为了便于统一的计算，将五次、七次旋转坐标系下的电流统一转换为与前述d轴电流i d和q轴电流i q相同的一次同步旋转坐标系中，进而得到转换到一次同步旋转坐标系中的五次谐波电流i d5th、五次谐波电流i q5th、七次谐波电流i d7th和七次谐波电流i q7th。
上述的坐标转换可以采用Park变化，由于此转换方式为本领域所熟知，此处不作详细说明。
步骤S103：基于五次谐波电流i d5th、七次谐波电流i d7th、五次谐波电流i q5th和七次谐波电流i q7th，计算四个谐波电压。
其中，四个谐波电压包括d轴五次谐波电压u d5th、q轴五次谐波电压u q5th、d轴七次谐波电压u d7th和q轴七次谐波电压u q7th。
d轴五次谐波电压u d5th的计算公式为：
u d5th＝5w eL qi q5th+R si d5th (1)
q轴五次谐波电压u q5th的计算公式为：
u q5th＝-5w eL di d5th+R si q5th (2)
d轴七次谐波电压u d7th的计算公式为：
u d7th＝-7w eL qi q7th+R si d7th (3)
q轴七次谐波电压u q7th的计算公式为：
u q7th＝7w eL di d7th+R si q7th (4)
公式(1)～公式(4)中，w e表示电角速度；R s表示定子电阻；L d表示d轴电感参数，L q表示q轴电感参数。
步骤S104：将d轴电流i d减去五次谐波电流i d5th和七次谐波电流i d7th得到d轴上的第一电流 将q轴电流i q减去五次谐波电流i q5th和七次谐波电流i q7th得到q轴上的第二电流
由于d轴电流i d和q轴电流i q中均包含了谐波成分(五次谐波电流和七次谐波电流)，因此，将谐波成分进行剔除，以得到剔除谐波后的电流。
步骤S105：将逆变器的每个开关状态对应的d轴电压减去d轴五次谐波电压u d5th和d轴七次谐波电压u d7th，得到每个开关状态d轴上的第一电压；将逆变器的每个开关状态对应的q轴电压减去q轴五次谐波电压u q5th和轴七次谐波电压u q7th，得到每个开关状态q轴上的第二电压。
第一电压的表达式为：
公式(5)中， 表示任意一个开关状态的d轴电压； 表示与对 应 的第一电压。需要说明的是，每个开关状态d轴上的第一电压均可通过公式(5)获得。
第二电压的表达式为：
公式(6)中， 表示任意一个开关状态的q轴电压； 表示与 对应的第二电压。需要说明的是，每个开关状态q轴上的第二电压均可通过公式(6)获得。
步骤S106：基于第一电流 第二电流 每个开关状态的第一电压，确定每个开关状态下一时刻的d轴电流 基于第一电流 第二电流 每个开关状态的第二电压，确定每个开关状态下一时刻的q轴电流
于本申请实施例中，通过当前时刻的剔除谐波成分的电流和每个开光状态剔除谐波成分的电压来预测每个开关状态下一时刻的电流。
每个开关状态下一时刻的d轴电流 的表达式为：
公式(7)中， 表示任意一个开关状态的第一电压，为了便于计算，第一电压已预先转化为了一次同步旋转坐标系下的电压； 表示与 对应的开关状态的下一时刻的d轴电流。R s表示定子电阻；L d表示d轴电感参数；T s表示采样时间；L q表示轴电感参数；ψ f表示磁链；w e表示电角速度。
每个开关状态下一时刻的q轴电流 的表达式为：
公式(8)中， 表示任意一个开关状态的第二电压，为了便于计算，第二电压已预先转化为了一次同步旋转坐标系下的电压； 表示与 对应的开关状态的下一时刻的q轴电流。R s表示定子电阻；L d表示d轴电感参数；T s表示采样时间；L q表示q轴电感参数；ψ f表示磁链；w e表示电角速度。
步骤S107：基于每个开关状态下一时刻的d轴电流 每个开关状态下一时刻的q轴电流 确定永磁同步电机的控制策略。
在预测出每个开关状态下一时刻的d轴电流 和q轴电流 之后，即可根据预测结果确定出永磁同步电机的控制策略。
上述步骤可具体包括：基于MTPA(最大转矩电流比控制)和弱磁控 制的转矩电流分配策略，获取d轴基准电流 和q轴基准电流 基于每个开关状态下一时刻的d轴电流 每个开关状态下一时刻的q轴电流 d轴基准电流 及q轴基准电流 计算每个开关状态对应的成本函数；其中，成本函数最低的开关状态为永磁同步电机的控制策略。
需要说明的是，MTPA和弱磁控制的转矩电流分配策略均为本领域所熟知的控制策略，因此，本申请不作详述。于本申请实施例中，通过MTPA和弱磁控制的转矩电流分配策略其目的是提供基准电流(包括：d轴基准电流 和q轴基准电流 )，以便于成本函数的计算。
作为一种实施方式，上述成本函数的表达式为：
在公式(9)中，g表示成本函数的计算值； 表示一种开关状态下一时刻的d轴电流； 表示该种开关状态下一时刻的q轴电流。
通过公式(9)可以得到每个开关状态所对应的成本函数，然后将成本函数的计算值最低的开关状态作为永磁同步电机的控制策略。即采用成本函数的计算值最低的开关状态对应的开关来对永磁同步电机进行控制。
可见，本申请实施例所提供的永磁同步电机的控制方法采用有限集的思想，基于逆变器的开关状态的电压矢量来计算每个开关状态所对应的成本函数，并基于成本函数确定出最优开关状态。通过该方式取缔了矢量控制中的调制解调器，进一步简化了系统的控制结构，且通过直接输出最优开关矢量，提高了系统的动态响应。
于本申请实施例中，上述的逆变器为两电平逆变器，两电平逆变器包括八个开关状态，八个开关状态对应七个电压矢量。
当逆变器为两电平逆变器时，通过上述方式即可从八个开关状态中确定出一个最优的开关状态来对永磁同步电机进行控制。
为了便于理解该方案，下面结合图3所示出的永磁同步电机控制系统的控制框图对上述永磁同步电机的控制方法进行说明。
首先，电机控制器用于获取当前时刻永磁同步电机控制回路中的三相电流(包括i a、i b和i c)，然后基于坐标转换算法进行电流转换，以得到当前时刻永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d和q轴电流i q。
由于永磁同步电机中存在的谐波电流主要以五次和七次为主，因此，通过图3中示出的谐波电流计算模块提取出当前时刻永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d中的五次谐波电流i d5th和七次谐波电流i d7th，及当前时刻永磁同步电机回路中的q轴电流i q中的五次谐波电流i q5th和七次谐波电流i q7th。图3示出的中谐波电流提取的步骤包括：基于坐标变化算法及五 次谐波的相位角，将三相电流(包括i a、i b和i c)转换为五次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；然后通过滤波器对五次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流进行滤波，得到五次谐波电流i d5th和五次谐波电流i q5th；再基于坐标变化算法及七次谐波的相位角，将三相电流转换为七次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；通过滤波器对七次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流进行滤波，得到七次谐波电流i d7th和七次谐波电流i q7th。图示中θ r表示相位角，五次谐波θ r的相位角为-5θ，七次谐波的相位角θ r为7θ。
再通过图3示出的谐波电压计算模块计算d轴五次谐波电压u d5th、q轴五次谐波电压u q5th、d轴七次谐波电压u d7th和q轴七次谐波电压u q7th。
然后，将d轴电流i d减去五次谐波电流i d5th和七次谐波电流i d7th得到d轴上的第一电流 将q轴电流i q减去五次谐波电流i q5th和七次谐波电流i q7th得到q轴上的第二电流 再将逆变器的每个开关状态对应的d轴电压减去d轴五次谐波电压u d5th和d轴七次谐波电压u d7th，得到每个开关状态d轴上的第一电压；将逆变器的每个开关状态对应的q轴电压减去q轴五次谐波电压u q5th和q轴七次谐波电压u q7th，得到每个开关状态q轴上的第二电压。再基于第一电流 每个开关状态的第一电压，确定每个开关状态下一时刻的d轴电流 基于第二电流 每个开关状态的第二电压，确定每个开关状态下一时刻的q轴电流
最后，基于MTPA和弱磁控制的转矩电流分配策略，获取d轴基准电流 和q轴基准电流 基于每个开关状态下一时刻的d轴电流 每个开关状态下一时刻的q轴电流 d轴基准电流 及q轴基准电流 计算每个开关状态对应的成本函数 最后将成本函数最低的开关状态为永磁同步电机的控制策略。需要说明的是，图3中示出的为两电平逆变器。其包括八个开关状态，八个开关状态对应七个电压矢量。由于有两个电压矢量相同，因此，图3中示出的矢量图仅包括六个矢量。由于MTPA和弱磁控制的转矩电流分配策略的相关结构为本领域所熟知的结构，对此，本申请不作详述。
综上，本申请实施例中所提供的永磁同步电机的控制方法以模型预测控制算法为基础，通过当前时刻剔除谐波成分的d轴电流和q轴电流，来预测每个开关状态下一时刻对应的d轴电流和q轴电流，进而根据预测结果来确定出永磁同步电机的控制策略。与现有的谐波电流抑制方式相比，通过模型预测控制算法取消了原有的PI控制器，避免了复杂的PI参数调节，且简化了系统的结构，抑制谐波电流的效果更好。
请参阅图4，基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种永磁同步电机的控制装置200，包括：第一获取模块201、第二获取模块202、第 一计算模块203、第二计算模块204、第三计算模块205、第四计算模块206及确定模块207。
第一获取模块201，用于获取当前时刻永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d和q轴电流i q。
第二获取模块202，用于获取当前时刻所述永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d中的五次谐波电流i d5th和七次谐波电流i d7th，及当前时刻所述永磁同步电机回路中的q轴电流i q中的五次谐波电流i q5th和七次谐波电流i q7th。
第一计算模块203，用于基于所述五次谐波电流i d5th、所述七次谐波电流i d7th、所述五次谐波电流i q5th和所述七次谐波电流i q7th，计算四个谐波电压；其中，所述四个谐波电压包括d轴五次谐波电压u d5th、q轴五次谐波电压u q5th、d轴七次谐波电压u d7th和q轴七次谐波电压u q7th。
第二计算模块204，用于将所述d轴电流i d减去所述五次谐波电流i d5th和所述七次谐波电流i d7th得到d轴上的第一电流 将所述q轴电流i q减去所述五次谐波电流i q5th和所述七次谐波电流i q7th得到q轴上的第二电流
第三计算模块205，用于将逆变器的每个开关状态对应的轴电压减去所述d轴五次谐波电压u d5th和所述d轴七次谐波电压u d7th，得到每个所述开关状态d轴上的第一电压；将所述逆变器的每个开关状态对应的q轴电压减去所述q轴五次谐波电压u q5th和所述q轴七次谐波电压u q7th，得到每个所述开关状态q轴上的第二电压。
第四计算模块206，用于基于所述第一电流 所述第二电流 每个所述开关状态的第一电压，确定每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 基于所述第一电流 所述第二电流 每个所述开关状态的第二电压，确定每个所述开关状态下一时刻的q轴电流
确定模块207，用于基于每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 每个所述开关状态下一时刻的q轴电流 确定所述永磁同步电机的控制策略。
可选地，所述第二获取模块具体用于获取当前时刻所述永磁同步电机控制回路中的三相电流；基于坐标变化算法及五次谐波的相位角，将所述三相电流转换为五次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；通过滤波器对所述五次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流进行滤波，得到所述五次谐波电流i d5th和所述五次谐波电流i q5th；基于所述坐标变化算法及七次谐波的相位角，将所述三相电流转换为七次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；通过滤波器对所述七次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流进行滤 波，得到所述七次谐波电流i d7th和所述七次谐波电流i q7th。
可选地，所述d轴五次谐波电压u d5th的计算公式为：u d5th＝5w eL qi q5th+R si d5th；所述q轴五次谐波电压u q5th的计算公式为：u q5th＝-5w eL di d5th+R si q5th；所述d轴七次谐波电压u d7th的计算公式为：u d7th＝-7w eL qi q7th+R si d7th；所述q轴七次谐波电压u q7th的计算公式为：u q7th＝7w eL di d7th+R si q7th；其中，w e表示电角速度；R s表示定子电阻；L d表示d轴电感参数，L q表示q轴电感参数。
可选地，所述确定模块具体用于基于MTPA和弱磁控制的转矩电流分配策略，获取d轴基准电流 和q轴基准电流 基于每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 每个所述开关状态下一时刻的q轴电流 所述d轴基准电流 及所述q轴基准电流 计算每个所述开关状态对应的成本函数；其中，所述成本函数最低的开关状态为永磁同步电机的控制策略。
需要说明的是，由于所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序在被运行时执行上述实施例中提供的方法。
该存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模 块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

  1. 一种永磁同步电机的控制方法，其特征在于，包括：
    获取当前时刻永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d和q轴电流i q；
    获取当前时刻所述永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d中的五次谐波电流i d5th和七次谐波电流i d7th，及当前时刻所述永磁同步电机回路中的q轴电流i q中的五次谐波电流i q5th和七次谐波电流i q7th；
    基于所述五次谐波电流i d5th、所述七次谐波电流i d7th、所述五次谐波电流i q5th和所述七次谐波电流i q7th，计算四个谐波电压；其中，所述四个谐波电压包括d轴五次谐波电压u d5th、q轴五次谐波电压u q5th、d轴七次谐波电压u d7th和q轴七次谐波电压u q7th；
    将所述d轴电流i d减去所述五次谐波电流i d5th和所述七次谐波电流i d7th得到d轴上的第一电流 将所述q轴电流i q减去所述五次谐波电流i q5th和所述七次谐波电流i q7th得到q轴上的第二电流
    将逆变器的每个开关状态对应的d轴电压减去所述d轴五次谐波电压u d5th和所述d轴七次谐波电压u d7th，得到每个所述开关状态d轴上的第一电压；将所述逆变器的每个开关状态对应的q轴电压减去所述q轴五次谐波电压u q5th和所述q轴七次谐波电压u q7th，得到每个所述开关状态q轴上的第二电压；
    基于所述第一电流 所述第二电流 每个所述开关状态的第一电压，确定每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 基于所述第一电流 所述第二电流 每个所述开关状态的第二电压，确定每个所述开关状态下一时刻的q轴电流
    基于每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 每个所述开关状态下一时刻的q轴电流 确定所述永磁同步电机的控制策略。
  2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取当前时刻所述永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d中的五次谐波电流i d5th和七次谐波电流i d7th，及当前时刻所述永磁同步电机回路中的q轴电流i q中的五次谐波电流i q5th和七次谐波电流i q7th，包括：
    获取当前时刻所述永磁同步电机控制回路中的三相电流；
    基于坐标变化算法及五次谐波的相位角，将所述三相电流转换为五次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；
    通过滤波器对所述五次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流进行滤 波，得到所述五次谐波电流i d5th和所述五次谐波电流i q5th；
    基于所述坐标变化算法及七次谐波的相位角，将所述三相电流转换为七次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；
    通过滤波器对所述七次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流进行滤波，得到所述七次谐波电流i d7th和所述七次谐波电流i q7th。
  3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述d轴五次谐波电压u d5th的计算公式为：u d5th＝5w eL qi q5th+R si d5th；
    所述q轴五次谐波电压的计算公式为：u q5th＝-5w eL di d5th+R si q5th；
    所述d轴七次谐波电压的计算公式为：u d7th＝-7w eL qi q7th+R si d7th；
    所述q轴七次谐波电压的计算公式为：u q7th＝7w eL di d7th+R si q7th；
    其中，w e表示电角速度；R s表示定子电阻；L d表示d轴电感参数，L q表示q轴电感参数。
  4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 每个所述开关状态下一时刻的q轴电流 确定所述永磁同步电机的控制策略，包括：
    基于MTPA和弱磁控制的转矩电流分配策略，获取d轴基准电流 和q轴基准电流
    基于每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 每个所述开关状态下一时刻的q轴电流 所述d轴基准电流 及所述q轴基准电流 计算每个所述开关状态对应的成本函数；
    其中，所述成本函数最低的开关状态为所述永磁同步电机的控制策略。
  5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述逆变器为两电平逆变器，所述两电平逆变器包括八个开关状态。
  6. 一种永磁同步电机的控制装置，其特征在于，包括：
    第一获取模块，用于获取当前时刻永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d和q轴电流i q；
    第二获取模块，用于获取当前时刻所述永磁同步电机控制回路中的d轴电流i d中的五次谐波电流i d5th和七次谐波电流i d7th，及当前时刻所述永磁同步电机回路中的q轴电流中的五次谐波电流和i q5th七次谐波电流i q7th；
    第一计算模块，用于基于所述五次谐波电流i d5th、所述七次谐波电流i d7th、所述五次谐波电流i q5th和所述七次谐波电流i q7th，计算四个谐波电压；其中，所述四个谐波电压包括d轴五次谐波电压u d5th、q轴五次谐波电压u q5th、d轴七次谐波电压u d7th和q轴七次谐波电压u q7th；
    第二计算模块，用于将所述d轴电流i d减去所述五次谐波电流i d5th和所述七次谐波电流i d7th得到d轴上的第一电流 将所述q轴电流i q减去所述五次谐波电流i q5th和所述七次谐波电流i q7th得到q轴上的第二电流
    第三计算模块，用于将逆变器的每个开关状态对应的d轴电压减去所述d轴五次谐波电压u d5th和所述d轴七次谐波电压u d7th，得到每个所述开关状态d轴上的第一电压；将所述逆变器的每个开关状态对应的q轴电压减去所述q轴五次谐波电压u q5th和所述q轴七次谐波电压u q7th，得到每个所述开关状态q轴上的第二电压；
    第四计算模块，用于基于所述第一电流 所述第二电流 每个所述开关状态的第一电压，确定每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 基于所述第一电流 所述第二电流 每个所述开关状态的第二电压，确定每个所述开关状态下一时刻的q轴电流
    确定模块，用于基于每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 每个所述开关状态下一时刻的q轴电流 确定所述永磁同步电机的控制策略。
  7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二获取模块具体用于获取当前时刻所述永磁同步电机控制回路中的三相电流；基于坐标变化算法及五次谐波的相位角，将所述三相电流转换为五次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；通过滤波器对所述五次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流进行滤波，得到所述五次谐波电流i d5th和所述五次谐波电流i q5th；基于所述坐标变化算法及七次谐波的相位角，将所述三相电流转换为七次旋转坐标系下的d轴电流和d轴电流；通过滤波器对所述七次旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流进行滤波，得到所述七次谐波电流i d7th和所述七次谐波电流i q7th。
  8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述d轴五次谐波电压u d5th的计算公式为：u d5th＝5w eL qi q5th+R si d5th；
    所述q轴五次谐波电压u q5th的计算公式为：u q5th＝-5w eL di d5th+R si q5th；
    所述d轴七次谐波电压u d7th的计算公式为：u d7th＝-7w eL qi q7th+R si d7th；
    所述q轴七次谐波电压u q7th的计算公式为：u q7th＝7w eL di d7th+R si q7th；
    其中，w e表示电角速度；R s表示定子电阻；L d表示d轴电感参数，L q表示q轴电感参数。
  9. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定模块具体用于基于MTPA和弱磁控制的转矩电流分配策略，获取d轴基准电流 和q轴基准电流 基于每个所述开关状态下一时刻的d轴电流 每个所述开 关状态下一时刻的q轴电流 所述d轴基准电流 及所述q轴基准电流 计算每个所述开关状态对应的成本函数；其中，所述成本函数最低的开关状态为永磁同步电机的控制策略。
  10. 一种永磁同步电机控制系统，其特征在于，包括：电机控制器、永磁同步电机和逆变器；
    所述电机控制器分别与所述永磁同步电机和所述逆变器连接；所述永磁同步电机还与所述逆变器连接；
    所述电机控制器用于执行如权利要求1-5中任一项所述的方法。
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